MUTEX 进程同步 - 为什么普通锁变量不起作用？

Question

在我的大学幻灯片中，老师写道，这种解决 MUTEX 问题的方法不起作用。为什么？

lock = true 表示临界区已经有进程

1. Process1 检查锁，发现它是假的
2. Process2 中断 Process1
3. Process2 检查锁，它仍然是假的
4. Process2 将 lock 设置为 true 并进入临界区
5. Process1 再次检查锁定，将其设置为 true 并进入临界区。 （怎么办？为什么读的不是真的，所以进不去？）

Answer 1

假设您的“锁定”变量只是一个变量，那么检查变量值然后有条件地设置该变量的代码可以是多个指令。

考虑以下伪代码实现：

• 将“锁定”读入寄存器 A
• 将寄存器 A 与零进行比较
• 如果比较结果为假，跳到最后
• 将“1”写入“锁定”。

例如，考虑一下 C# 中的这段代码：

public static class Program
{
    private static int locked = 0;

    private static bool GetLock()
    {
        if( locked == 0 )
        {
            locked = 1;
            return true;
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }
}

并考虑它的反汇编：

            if( locked == 0 )
00000000  cmp         dword ptr [0003E4F0h],0 
00000007  jne         0000000000000019 
            {
                locked = 1;
00000009  mov         dword ptr [0003E4F0h],1 
                return true;
00000013  mov         eax,1 
00000018  ret 
            }
            else
            {
                return false;
00000019  xor         eax,eax 
0000001b  ret 

现在考虑当两个线程同时尝试执行此操作时会发生什么：

• 线程 1：读取 'locked' 为 0，进入 'if' 语句。
• OS 线程调度程序决定更改 CPU 上的线程
• 操作系统将线程 2 放在 CPU 上。
• 线程2：读取'locked'为0，进入'if'语句
• 线程 2：将 '1' 写入 'locked' 以表明它已获得它。
• 线程 2：返回 true 表示它已获取它。
• OS 线程调度程序决定更改 CPU 上的线程
• 操作系统将线程 1 放在 CPU 上。
• 线程 1：已经在 'if' 语句中，所以它执行下一条指令
• 线程 1：将 '1' 写入 'locked' 以表明它已获得它
  • 但是糟糕，该变量已设置为 1，因为其他人获得了它。
• 线程 1：返回 true 表示它认为它获得了锁（它没有）。

现在无论线程 1 和线程 2 为工作做什么（可能更新内存中的帐户余额）都将相互覆盖。如果这两个线程试图发布两个事务 - 添加 1000 并删除 500 - 现在它们没有独占访问权限会发生以下情况：

• 线程 1：从帐户余额中读取“1000”。
• 线程 2：从帐户余额中读取“1000”。
• 线程 1：计算新余额 1000 + 1000 = 2000。
• 线程 2：计算新余额 1000 - 500 = 500。
• 线程 1：将新余额 2000 写入内存。
• 线程 2：将新余额 500 写入内存。

现在由于线程错误，我的帐户余额少了 1000 美元。